Molare Masse

Molare Masse

Physikalische Größe
Name Molare Masse
Formelzeichen $ M $
Größen- und
Einheitensystem
Einheit Dimension
SI kg·mol−1 M·N−1

Die molare Masse M (auch veraltet Molmasse oder Molgewicht; unüblich stoffmengenbezogene Masse) eines Stoffes ist der Proportionalitätsfaktor zwischen Masse m und Stoffmenge n:[1]

$ m = M \, n $

oder, einfacher gesagt, die Masse pro Stoffmenge. Sie ist eine intensive Größe. Die SI-Einheit ist kg/mol; in der Chemie ist g/mol üblich.

Die molare Masse einer chemischen Verbindung ist die Summe der mit dem jeweiligen Stöchiometriefaktor multiplizierten molaren Masse der an der Verbindung beteiligten chemischen Elemente. Stöchiometriefaktoren sind die Zahlen in der Summenformel eines Moleküls bzw. im Fall von nichtmolekularen Verbindungen (Metalle und Ionenverbindungen) der Verhältnisformel.

Die molare Masse eines nuklidenreinen Stoffes ist konstant. Der Zahlenwert der molaren Masse in g/mol ist die relative Molekülmasse und gleich dem Zahlenwert der Molekülmasse in der atomaren Masseneinheit (u oder Dalton, wenn die Verbindung aus nuklidreinen Elementen besteht.)

Definition

Der Zusammenhang zwischen Masse, Stoffmenge, Volumen und Teilchenanzahl.
$ M = \frac{m}{n} = N_\mathrm{A} \cdot m_M $

Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Größen:

Berechnung

Die molare Masse einer Verbindung kann berechnet werden, wenn man ihre Summenformel kennt: Zu jedem Element entnimmt man aus der Summenformel die Indexzahl – sie steht in der Summenformel hinter dem Elementsymbol. Zu jedem Element muss man dann z. B. aus Tabellen die molare Masse entnehmen – ihr Zahlenwert ist gleich der relativen Atommasse. Dann erhält man die molare Masse als Summe der molaren Massen der Elemente, die die Verbindung aufbauen:

Die molare Masse einer Verbindung ist gleich der Summe aus den molaren Massen der Elemente multipliziert mit ihren Indexzahlen.

Beispiel für Wasser (H2O):

$ M_{\mathrm{H_{2}O}} = 2 \ M_\mathrm{H} + M_\mathrm{O} = 2 \cdot 1{,}00794\,\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} + 15{,}9994\,\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 18{,}01528\,\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} $

Aus den molaren Massen der chemischen Elemente kann man die molaren Massen aller Verbindungen berechnen.

Element Elementsymbol Ordnungszahl Molare Masse
Wasserstoff H 1 1,00794 g/mol
Kohlenstoff C 6 12,0107 g/mol
Sauerstoff O 8 15,9994 g/mol
Verbindung Summenformel Zahl der Atome Molare Masse
Wasserstoff H2 2 2,01588 g/mol
Sauerstoff O2 2 31,9988 g/mol
Wasser H2O 3 18,01528 g/mol
Methan CH4 5 16,043 g/mol
Acetylsalicylsäure C9H8O4 21 180,16 g/mol

Bestimmung

Erstmalige Molmassenbestimmung

Für die erstmalige Bestimmung der Molmassen von Molekülen war das Avogadrosche Gesetz bestimmend. Im Gaszustand nehmen bei gleicher Temperatur gleich viele Moleküle einen nahezu identischen Rauminhalt ein. Für einfache Moleküle wie Chlor, Wasserstoff, Chlorwasserstoff, Sauerstoff, Wasserdampf konnten die Verhältnisse aus Wägungen der Gase nach einer Elektrolyse ermittelt werden. Mit dem Verfahren nach Bunsen lassen sich molare Massen von Gasen über die Ausströmungszeiten ermitteln. Für komplizierte organische Moleküle nutzte man zunächst ebenfalls das Avogadrosche Gesetz, indem man die reinen organischen Stoffe verdampfte und das verdrängte Wasservolumen bestimmte. Die Methode wurde erst von Joseph Louis Gay-Lussac angewendet, später von Victor Meyer verbessert. Eine weitere Methode war die Messung der Siedepunktserhöhung (Ebullioskopie). Ein etwas älteres Verfahren ist das nach Dumas, bei dem ebenfalls die Stoffe verdampft wurden. Für nicht verdampfbare Moleküle nutzte man früher die Gefrierpunktserniedrigung (Kryoskopie) oder den osmotischen Druck von Lösungen (Osmometrie). Die letztere Methode entwickelte Jacobus Henricus van ’t Hoff.

Die erstmalige Bestimmung der Molmasse beruhte auf der Messung von Effekten, deren Größe nur abhängig von der Anzahl der verursachenden Teilchen, nicht aber von deren Masse ist (kolligative Effekte).

Molmassenbestimmung in der Gegenwart

Ein exaktes, sensitives Messverfahren ist die Massenspektrometrie, hier ergibt sich die relative Molmasse aus dem Molekülpeak, dem eine Eichung mit einer Standardsubstanz bekannter Molmasse zugrunde liegt. In der hochauflösenden Massenspektrometrie kann die Molmasse mit vier Nachkommastellen ermittelt werden, und auch die Summenformel bestimmt werden.[2] Zu beachten ist dabei, dass die Molmasse eines Moleküls - abhängig von seiner Isotopenzusammensetzung - gewissen Schwankungen unterliegen kann. Ein technisch weniger aufwändiges Verfahren ist die elektrophoretische Molmassenbestimmung, das eine Abschätzung der molaren Masse ermöglicht. Es spielt bei der Präparation von Proteinen, bei Restriktionsanalysen und anderen präparativen Methoden eine wichtige Rolle. Aufgrund der elektrophoretisch bedingten Ungenauigkeiten sind diese Verfahren jedoch nicht geeignet, um exakte Molmassen zu ermitteln.

Verwandte Größen

  • Mittlere Molmasse
  • Molares Volumen (Molvolumen)
  • Molekülmasse oder Molekularmasse oder Molekulare Masse (früher: Molekulargewicht)

Trotz anderslautender SI-Vorgaben wird das Symbol M im Sinne von Molarität auch für die Angabe von Stoffmengenkonzentrationen verwendet.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Naturwissenschaft und Technik. Der Brockhaus, Mannheim; Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2003.
  2. S. Ebel, H. J. Roth (Hrsg.): Lexikon der Pharmazie. Georg Thieme Verlag, 1987, ISBN 3-13-672201-9, S. 445.

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